 |
Лекция 3. Программное обеспечение типовой СУ. Система команд центрального процессора. Режимы адресации. Слово состояния процессора
|
|
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Иркутский государственный технический университет
Краткий конспект лекций
для студентов специальности “Металлорежущие станки и комплексы”
АППАРАТНЫЕ И ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Иркутск 2006
Обозначения, принятые по тексту
| ОЗУ | Оперативное запоминающее устройство |
| ПЗУ | Постоянное запоминающее устройство |
| ППЗУ | Перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство |
| РОН | Регистр общего назначения |
| СК | Счётчик команд |
| ССП | Слово состояния процессора |
| СУ | Система управления |
| УПО | Устройство последовательного обмена |
| УС | - указатель стека; |
| srs | - операнд источника; |
| dst | - операнд приемника; |
| = | - разряд, устанавливается в “1” для байтовых операций и в “0” для операций со словами; |
| SS | - поле адресации операнда источника; |
| DD | - поле адресации операнда приемника; |
| х х х | - смещение (8 разрядов); |
| х х | - смещение (6 разрядов); |
| - становится равным; | |
| ¯ | - запись в стек; |
| | - выборка из стека; |
| + | - состояние разряда изменяется в зависимости от результатов операции; |
| ¾ | - состояние результата не изменяется; |
| 0 | - разряд очищается; |
| 1 | - разряд устанавливается в “1”; |
| N | - признак отрицательности результата; |
| Z | - признак равенства нулю результата; |
| V | - признак арифметического переполнения; |
| С | - признак переноса из старшего разряда; |
| (В) | - байтовая команда; |
| () | - содержимое ячейки; |
Лекция 1. Предмет и задачи курса. Классификация систем управления (СУ) машиностроительным оборудованием
Признаки классификации:
- аппаратная база;
- закон управления;
|
|
|
функциональные возможности.
Лекция 2. Архитектура типовой СУ на базе микропроцессорных комплектов фирм DEC и Motorola
Структурная схема типовой системы управления на базе микроЭВМ "Электроника 60М" представлена на рис.1.
Рис. 1. Архитектура СУ на базе микроЭВМ "Электроника 60М"
МикроЭВМ представляют собой систему функциональных блоков, связь между которыми реализуется через единый системный канал обмена информацией (системные шины). Связь между устройствами, подключенными к каналу, осуществляется по принципу "активный - пассивный". В любой момент времени только одно устройство является активным и управляет циклами обмена информацией в канале. Передача данных через канал выполняется по асинхронному принципу при помощи специальных сигналов синхронизации, т.е. на инициализирующий обмен данными от активного устройства должен поступить ответный сигнал от назначенного пассивного устройства. Канал позволяет адресоваться к 32К 16 разрядных слов или к 64К байт.
Процессор выполняет все необходимые операции по приему команд, их исполнению, по обработке внешних и внутренних прерываний программы, а также по управлению каналом. Формат параллельной обработки данных 16-разрядное слово или 1 байт. Процессор выполнен на основе БИС 1801ВМ1 и подключается к каналу через корректор сигналов управления канала.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) предназначено для оперативного хранения данных и программ. Емкость ОЗУ 56 Кбайт (28 К слов), выполнено на основе микросхем К565РУЗ. ОЗУ динамического типа и требует периодической регенерации.
Постоянное запоминающее устройство предназначено для хранения следующих программ:
программа режима начального пуска микроЭВМ;
программа пультового режима работы;
программа начального загрузчика с накопителя на гибких магнитных дисках;
ПЗУ выполнено на основе интегральной схемы 1801РЕ1-000;
|
|
|
ППЗУ предназначено для хранения программ пользователя, позволяет осуществлять многократное программирование.
Устройство последовательного обмена (УПО) предназначен для связи микроЭВМ с внешними устройствами по асинхронному последовательному каналу ввода. УПО осуществляет обмен информацией с каналом микроЭВМ с помощью четырех регистров, может производить прерывание программы с выдачей адреса вектора прерывания, как от приемника, так и от передатчика, обеспечивает обмен с внешними устройствами. Связь с внешними устройствами (в данном случае - дисплеем) УПО осуществляет через узел оптронной развязки.
Лекция 3. Программное обеспечение типовой СУ. Система команд центрального процессора. Режимы адресации. Слово состояния процессора
Процесс ввода и отладки управляющих программ в системы управления (СУ), построенные на базе микроЭВМ "Электроника 60М" осуществляется при помощи системного программного обеспечения, основным ядром которого является монитор.
Монитор - программа, которая находится в ПЗУ СУ и начинает свою работу сразу после включения питания. Монитор обеспечивает чтение информации, содержащейся в регистрах общего назначения и в ячейках ОЗУ, ввод в них новой информации, запуск и пошаговую отладку прикладных программ. Команды монитора приведены в табл. 1.
Табл. 1
| Имя команды | Назначение команды |
/ <Ввод> <ПС> - перевод строки 
Ri, где i=0…7
GОткрыть ячейку или регистр общего назначения
Закрыть ячейку или регистр общего назначения
Закрыть текущую ячейку или регистр и открыть следующую
Закрыть текущую ячейку или регистр и открыть предыдущую
Регистр общего назначения
Запустить программу с выбранного адреса
| Продолжить выполнение программы в пошаговом режиме |
МЕТОДЫ ПРЯМОЙ АДРЕСАЦИИ
Адрес регистра общего назначения или ячейку ЭВМ можно указать в команде различными способами, в зависимости от формата команды. Микропроцессор ВМ1801 имеет три формата команд - безадресные (стековые), одноадресные, двухадресные. В безадресных командах код команды содержит код операции. В одноадресных и двухадресных командах содержится код операции, номер регистра общего назначения (РОН) и метод адресации. Прямой метод адресации имеет четыре режима. Команды микропроцессора могут быть записаны с помощью цифр (в кодах) и с помощью символического языка (Ассемблера). С увеличением длины программы трудно запоминать коды различных операций, поэтому намного легче писать программу на символическом языке, например, Ассемблере.
|
|
|
МЕТОДЫ КОСВЕННОЙ АДРЕСАЦИИ
В отличие от методов прямой адресации режим косвенной адресации в регистрах общего назначения содержит адрес адреса операнда
МЕТОДОВ АДРЕСАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЧЁТЧИКА КОМАНД
Седьмой регистр, называемый программным счетчиком команд (РС-Program Counter), содержит адрес очередной команды, подлежащей выборке. Когда центральный процессор использует счетчик команд при выборке слова из памяти, его содержимое автоматически увеличивается на два. Новое содержимое счетчика, является адресом следующей команды, которую необходимо выполнить. Счетчик команд может применяться во всех режимах адресации процессора, однако наиболее удобным являются следующие четыре режима: непосредственный, абсолютный, относительный и косвенно-относительный. Непосредственный режим адресации позволяет поместить операнд в ячейку памяти вслед за словом команды. Абсолютный режим адресации отличается тем, что адрес операнда является абсолютным адресом, т.е. остается постоянным независимо от места расположения программы в памяти. Адрес (адреса) располагается во втором и третьем словах команды.
Относительный режим адресации позволяет, когда программа располагается в различных местах памяти. Адрес операнда (операндов) фиксируется относительно счетчика команд и вычисляется как содержимое счетчика команд плюс индексное слово - смещение, которое следует за командным словом.
Косвенно-относительный режим адресации аналогичен относительной адресации, только сформированный адрес является указателем адреса операнда (операндов).
Номера и характеристика режимов адресации приведена в таблице 2.
|
|
|
Табл. 2. Методы адресации
| Код адресации | Наименование | Символическая запись | Содержимое регистра |
| 0R | Регистровый | R | В регистре содержится операнд |
| 1R | Косвенно-регистровый | (R) | В регистре содержится адрес операнда |
| 2R | Автоинкрементный | (R)+ | В регистре содержится адрес операнда. После операции содержимое регистра увеличивается на 1 при работе с байтами и на 2 при работе со словами. |
| 3R | Косвенно-автоинкрементный | @ (R) + | В регистре содержится адрес адреса операнда. После операции содержимое регистра увеличивается на 2 |
| 4R | Автодекрементный | - (R) | Содержимое регистра уменьшается на 1 или 2 (байт, слово) и является адресом операнда. |
| 5R | Косвенно-автодекрементный | @ - (R) | Содержимое регистра уменьшается на 2 и является адресом операнда. |
| 6R | Индексный | А (R) | Содержимое регистра +А является адресом операнда. |
| 7R | Косвенно-индексный | @А(R) | Содержимое регистра +А является адресом адреса операнда. |
| 27 | Непосредственный | #A | Операнд находится в следующем слове после команды. |
| 37 | Абсолютный | @#A | Адрес операнда А находится в следующем слове команды. |
| 67 | Относительный | А | Адрес операнда есть величина А, которая следует за командой, плюс содержимое счетчика команд. |
| 77 | Косвенно-относительный | @А | Адрес адреса операнда есть величина А, которая следует за командой, плюс содержимое счетчика команд. |
СЛОВО СОСТОЯНИЯ ПРОЦЕССОРА И КОМАНДЫ ВЕТВЛЕНИЯ
ССП содержится в регистре состояния процессора (РСП), формат которого представлен на рис. 2.
Рис. 2. Регистр состояния процессора
Разряды 0-3 (C, V, Z, N) определяют коды условий ветвления и содержат информацию о результате последней выполненной процессором команды. Кроме того, установка или очистка этих разрядов может быть непосредственно произведена соответствующими командами в программном или пультовом режиме командами терминала. Установка разрядов по результатам операции в состояние "1" выполняется в следующих случаях: Z - результат операции равен 0; V - в результате операции произошло арифметическое переполнение; C - в результате операции произошёл перенос из самого старшего разряда либо при сдвиге вправо или влево из самого старшего или младшего разряда была выдвинута "1"; N - результат операции отрицателен. Состояние разряда 4 (Т) устанавливается при выборке из стека нового содержимого РСП и затем используется в различных отладочных программах для такого режима выполнения отлаживаемой программы, когда выполнение интересующих пользователя команд вызывает прерывание этой программы и переход на программу связи с оператором. Разряды 5, 6, 7 определяют приоритет процессора, более подробно изучаются в лабораторной работе №7.
|
|
|
Системное программное обеспечение "Электроники 60М" не даёт возможности пользователю непосредственно обращаться к РСП как к регистру общего назначения или к ячейке памяти. Для записи/чтения РСП существуют специальные одноадресные команды MTPS и MFPS. По команде MTPS восемь разрядов указанного операнда замещают содержимое ССП (кроме разряда Т). По команде MFPS восемь разрядов ССП пересылаются по указанному адресу.
Команды ветвления вызывают ветвление по адресу, являющемуся суммой смещения (умноженного на 2) и текущего содержимого счётчика команд (СК), если условие ветвления выполняется.
Смещение показывает, на сколько ячеек нужно перейти относительно текущего содержимого СК в ту или другую сторону. Так как слова имеют чётные адреса, то для получения истинного исполнительного адреса смещения необходимо умножить его на два перед прибавлением к СК, который всегда указывает на слово. Старший разряд смещения (7) является знаковым разрядом. Если он установлен, смещение отрицательное, ветвление происходит в сторону уменьшения адреса (в обратном направлении). Если в разряде 7 содержится 0, смещение положительное и ветвление происходит в сторону увеличения адресов (в прямом направлении).
Алгоритм работы всех команд условного ветвления (приложение 1) следующий: (СК)(СК)+2ХХХ, при выполнении условия, (СК) (СК)+2, если условие не выполняется.
Восьмиразрядное смещение позволяет производить ветвление в обратном направлении максимально на 200 слов от слова, на которое указывает текущее содержимое СК, и на 177 слов в прямом направлении.
Преодолеть это ограничение позволяет команда JMP - безусловный переход. Она обеспечивает возможность перехода на любую ячейку памяти с использованием всех режимов адресации, за исключением регистрового. При этом адрес перехода равен адресу операнда.
|
|
|
